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ESTABILIZACIÓN DE LODOS RESIDUALES MUNICIPALES POR MEDIO DE
LA TÉCNICA DE LOMBRICOMPOSTAJE
Ana Margarita VERA-REZA, Enrique SÁNCHEZ-SALINAS, Ma. Laura ORTIZHERNÁNDEZ, Justina Leticia PEÑA-CAMACHO, Ma. Magdalena ORTEGA-SILVA
Centro de Investigación en Biotecnología, Laboratorio de Investigaciones
Ambientales, Universidad Autónoma del Estado de Morelos, Cuernavaca, Morelos,
México, Código Postal 62209. Correo electrónico: [email protected],
[email protected].
Palabras clave: estabilización, lombricompostaje, lodos residuales.
RESUMEN
Los sistemas de tratamiento de aguas residuales generan un subproducto llamado
lodo residual. Existe una disyuntiva entre su tratamiento y disposición final, debido
a su contenido de organismos patógenos y parásitos. Por lo tanto, su
estabilización para disponerlos al ambiente es prioritaria, además su aplicación al
suelo aporta nutrimentos esenciales y mejora sus propiedades físicas y químicas.
El trabajo tuvo como objetivo evaluar la eficiencia del lombricompostaje para la
estabilización del lodo residual crudo de acuerdo a la NOM-004-SEMARNAT2002. Los lodos residuales de una planta de tratamiento de aguas residuales
municipales, fueron caracterizados mediante parámetros microbiológicos,
parasitológicos y físico-químicos. El efecto de la actividad de la lombriz (Eisenia
spp.) sobre los lodos residuales, se evaluó mediante un diseño experimental con
cuatro tratamientos y tres repeticiones cada uno: T1 (Lodo residual crudo), T2
(Lodo residual + lombrices), T3 (Lodo residual + composta + lombrices) y T4 (Lodo
residual + materia vegetal fresca + lombrices). Los resultados fisicoquímicos del
lodo crudo y de los diferentes tratamientos demostraron que tienen un alto
potencial como fertilizantes orgánicos. Los resultados de cuenta viable de
microorganismos manifestaron un importante incremento de UFC/g en los
tratamientos, demostrando una relación entre la estimulación de las lombrices
inoculadas y la actividad microbiana. Los tratamientos donde se inóculo materia
vegetal fresca y composta resultaron ser más eficientes en la remoción de huevos
de helmintos y coliformes fecales, sin embargo no fue así para la eliminación de
Salmonella.
INTRODUCCIÓN
Cualquier actividad humana que requiere de agua genera residuos líquidos
conocidos como aguas residuales, están clasificadas de acuerdo a su origen en
industrial, agrícola-ganadera y doméstica. Estas aguas residuales deben de ser
tratadas para poder reincorporarse parcial o totalmente.
Del tratamiento de aguas residuales se generan residuos remanentes llamados
lodos residuales, de acuerdo con la NORMA OFICIAL MEXICANA, NOM 0041
SEMARNAT-2002, son sólidos con una cantidad variable de humedad,
provenientes de las plantas potabilizadoras y de tratamientos de aguas residuales,
que no han sido sometidos a procesos de estabilización. Moeller et al. (2000),
señalan que su composición depende de las características del agua residual y del
proceso de tratamiento utilizado en la planta que lo depura.
Las aguas de origen doméstico contienen alta carga microbiana, se encuentran
diferentes microorganismos que están presentes en el intestino del hombre,
llamados “flora intestinal normal” y los microorganismos patógenos que en el
intestino producen enfermedades de diferentes tipos (Ortiz-Hernández 1994). Por
esta razón deben considerarse según la Ley General para la Prevención y Gestión
Integral de los Residuos y la NOM-052-SEMARNAT-1993 como un residuo
peligroso del tipo Biológico-infeccioso. Ésta legislación define a un agente
infeccioso como “un microorganismo capaz de causar una enfermedad y cuya
presencia en un residuo lo hace peligroso” por lo que se necesita realizar un
proceso de estabilización, para poder manejarlo, utilizarlo o depositarlo. Al lodo
residual estabilizado la NOM 004-SEMARNAT-2002 lo define como un biosólido.
Dickerson (2000), señala la potencialidad de los lodos residuales como abonos
orgánicos, debido a la gran carga de organismos patógenos y parásitos para el
hombre, no pueden ser utilizados en hortalizas. Algunos de los organismos
patógenos y parásitos que se encuentran presentes en los lodos residuales se
mencionan en la tabla I.
Tabla I. Principales grupos de organismos patógenos y parásitos contenidos en
los lodos residuales (modificado de Flores 2001).
GRUPO
Bacterias
Virus
Protozooa
Helmintos
AGENTES
Salmonella Typhi
Salmonella paratyphi A y B
Shigella sp
Vibrio cholerae
Escherichia coli
Salmonella sp.
Virus hepatitis A y E
Virus de la Polio
Virus de Norwark
Rotavirus
Enterovirus
Adenovirus
Entomoeba histolytica
Giardia lamblia intestinales
Taenia saginata
Ascaris lumbricoides
Tricheuris trichiuria
Toxocara spp
EFECTO EN LA SALUD
Fiebre tifoidea, paratifoidea
Disentería bacilar
Cólera
Gastroenteritis agudas diarreas
Diarreicas
Hepatitis
Poliomelitis
Gastroenteritis aguda y diarreicas
Meningitis
Enteritis
Infecciones respiratorias
Disentería amebiana
Gatroenteritis.
Cisticercosis
Ascariasis
Tricocefalosis o tricuriasis
Toxoplasmosis
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Recientemente, en México fue emitida la normatividad que regula el manejo de los
lodos residuales, lo que propició que las plantas depuradoras construidas antes de
los años 90, no fueran provistas de instalaciones especiales para el tratamiento de
lodos (Mancebo del Castillo et al. 2000). A partir de esto, se ha iniciado la
búsqueda de tecnologías eficientes y de bajo costo para la depuración de los
lodos residuales que cumplan con la normatividad ambiental correspondiente.
Las técnicas más utilizadas para el tratamiento de los lodos residuales son:
• Incineración de los lodos. Se lleva a cabo mediante la descomposición de los
residuos en un ambiente rico en oxígeno y a altas temperaturas. Es costosa la
incineración de lodos debido a que están demasiado húmedos para arder por sí
solos (Glynn y Gary 1996).
• Digestión anaerobia. La digestión anaerobia se verifica en dos fases. La
primera corresponde a la degradación de la materia orgánica. En la segunda,
las bacterias productoras de metano de crecimiento lento (Glynn y Gary1996).
• Digestión alcalina de lodos. La estabilización alcalina es un proceso que se
implementa fácilmente en plantas de tratamiento pequeñas. La alta alcalinidad
del lodo restringe su uso como acondicionador de suelo (Ramírez et al. 2000).
Disposición final.
• Aplicación en terrenos. En México, los lodos residuales se disponen
principalmente en rellenos sanitarios, basureros clandestinos y descarga a
barrancas. Esto afecta al suelo, las aguas superficiales, mantos acuíferos, la
flora y fauna del lugar y la salud del hombre ya que antes no han recibido
ningún tipo de tratamiento para su estabilización (Martín del Campo 1996).
• Aplicación en suelos agrícolas. El uso de lodos en la agricultura,
recuperación de canteras, reforestación y producción de materiales de
construcción, entre otros. Actualmente es común la incorporación de lodos
residuales en suelos agrícolas, ya que reduce la incorporación de fertilizantes
comerciales, mejora su fertilidad, aumenta la capacidad de retención de agua y
reduce la erosión del suelo (Franco et al. 2000).
El compostaje y lombricompostaje, representan tecnologías viables, por
económicas y eficientes para abatir patógenos y facilitar el manejo de los lodos
residuales.
En el lombricompostaje, las lombrices llevan a cabo un proceso fisiológico de
digestión de los residuos orgánicos, sin dejar fuera la participación de los
microorganismos. De esta manera la materia orgánica contenida en los lodos
residuales es fragmentada, descompuesta y estabilizada. Pastorelly (2001),
menciona que la lombriz, estabiliza a neutro los valores de pH, airea el sustrato y
favorece la proliferación de una importante población microbiana.
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OBJETIVO
Evaluar la eficiencia del lombricompostaje para la estabilización del lodo residual
crudo de acuerdo a la NOM- 004- SEMARNAT-2002.
METODOLOGÍA
Para el cumplimiento del objetivo planteado se desarrolló la siguiente estrategia
metodológica:
Se seleccionó la planta de tratamiento de aguas residuales municipales de la
Unidad Habitacional “Las Moras”, por las características de sus aguas y de los
lodos residuales. Se tomaron muestras de lodos residuales con base en los
criterios establecidos en la NOM 004-SEMARNAT-2002. Una muestra fue tomada
para llevar a cabo la caracterización fisicoquímica y microbiológica de los lodos y
una mayor cantidad de lodos residuales, fue colectada para establecer el
experimento con las lombrices.
Primeramente se caracterizó el lodo residual crudo, a través de diferentes análisis
como son:
Análisis fisicoquímicos. Los parámetros fisicoquímicos analizados al lodo residual
crudo se muestran en la Tabla II.
Tabla II. Parámetros fisicoquímicos de los lodos residuales (Ortiz- Hernández et al.
1993a y b).
PARÁMETRO
pH
Conductividad eléctrica
Temperatura
Humedad
% de materia orgánica
Nitrógeno total
Nitrógeno orgánico
Fósforo total
Fósforo disponible
Potasio
EQUIPO
Conductrionic pH 20
Conductrionic CL 90
Termómetro, rango 0-400°C
Kelway soil. Acidity and moisture tester
model HB-2
Material de cristalería
Material de cristalería
Material de cristalería
Espectrofotómetro Espectonic 20 Baush
&Lomb
Espectrofotómetro Espectonic 20 Baush
&Lomb
Espectrofotómetro de flama Corning
MÉTODO
Potenciómetro
Electrométrico
Lectura directa
Lectura directa
Walkley – Black
Kjeldahl
Kjeldahl
Digestión ácida
Bray I
Fotometría de flama
Análisis microbiológicos y parasicológicos. Los análisis microbiológicos realizados
con el objetivo de conocer el contenido inicial de organismos patógenos y
parásitos fueron los mostrados en la tabla III.
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Crianza masiva de la lombriz roja californiana (Eisenia spp).
A partir de una recolecta de residuos orgánicos de las cafeterías y áreas verdes
(jardinería) de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos campus Chamilpa,
se establecieron pilas de compostaje. Se inocularon los anélidos en los residuos
orgánicos como fuente de alimento, para así obtener un mayor número de
organismos.
Tabla III. Análisis microbiológicos y parasicológicos de los lodos residuales
TIPO
Salmonella spp.
TÉCNICA
Se llevó a cabo utilizando caldo de soya tripticaseína como
medio de cultivo, caldo de tetrationato como caldo de preenriquecimiento y se sembró en cajas de Petri con agar
SS (Salmonella-Shigella) como medio selectivo (Flores
2001).
de Técnica de cuenta en placa (Granados y Villaverde 1996).
Cuenta viable
microorganismos
Coliformes totales y Técnica de tubos de fermentación múltiple (APHA 1992).
fecales
Prueba de huevos Técnica de microfiltración de membrana, reportada por
de helmintos
Olvera (1998).
Acondicionamiento de lodos para inoculación de lombrices
La muestra de lodos se transfirió a una caja de plástico con rejillas y forrada con
malla con la finalidad de disminuir el porcentaje de humedad. Cardoso y Ramírez
(2000), demostraron que la humedad es un factor muy importante para asegurar
un proceso adecuado durante el lombricompostaje.
Diseño experimental
Se dispusieron 18 cajas en las cuales se depositaron los lodos previamente
deshidratados. El diseño experimental se muestra en la tabla IV. Los tratamientos
se realizaron por triplicado. El volumen final de los materiales de cada caja fue de
4 litros. Las lombrices inoculadas en las unidades experimentales respectivas,
pertenecían a la edad adulta (clitelo bien definido).
Evaluación de las características del lodo residual al final del tratamiento
Con el objeto de evaluar la efectividad del lombricompostaje, se llevaron a cabo al
final del experimento análisis fisicoquímicos, microbiológicos y parasitológicos
descritos en las tablas III y IV.
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Tabla IV. Diseño experimental
TRATAMIENTO
Número
lombrices
Volumen
lodo
crudo (L)
Composta
(L)
Residuos
orgánicos
(L)
T1 (Lodo crudo)
0
3
0.0
0.0
T2
(Lodo crudo con
lombrices)
T3 (Lodo crudo + lombrices
+ composta)
T4 (Lodo crudo + lombrices
+ materia vegetal)
50
3
0.0
0.0
50
1.5
1.5
0.0
50
1.5
0.0
1.5
Análisis estadísticos de resultados
Se estableció un diseño experimental de bloques al azar (Marques de Cantú
1995). Se aplicó un análisis de varianza a los resultados para establecer las
diferencias estadísticas entre los tratamientos. Evaluándolos con un α= 0.05%,
además se empleó una prueba de comparación de medias por Tukey utilizando el
programa SAS.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización fisicoquímica del lodo residual crudo
El lodo crudo empleado en el presente trabajo, obtuvo un valor de pH de 6.82 que
corresponde a un lodo ligeramente ácido (Ortiz- Hernández et al. 1993a). Este
valor es reportado por Reinés (1998) como idóneo para la inoculación de las
lombrices. Por su parte, el análisis de conductividad eléctrica arrojó un resultado
promedio de 1.32 mS/cm, y de acuerdo con Sánchez-Salinas (1997), no alcanza
los valores considerados como ligeramente salinos (2-4 mS/cm). Este valor es
favorable para el desarrollo de los anélidos inoculados al lodo. El contenido de
materia orgánica fue de 25.02% lo cual lo clasifica como extremadamente rico
(Ortiz-Hernández 1994).
La caracterización fisicoquímica del lodo residual crudo, arrojó resultados del
porcentaje de nitrógeno total de 1.61% y de nitrógeno orgánico 1.43 %. El valor de
fósforo disponible fue de 19.68 ppm, mientras que el de fósforo total fue 3,210.52
ppm. El valor obtenido de potasio en el lodo residual crudo utilizado como material
experimental en este trabajo fue de 1.77 ppm. Estos valores demuestran la calidad
del lodo como material rico en macronutrimentos y óptimos para el desarrollo de
las plantas principalmente (Ortiz-Hernández 1994).
Caracterización microbiológica del lodo residual crudo
Los resultados obtenidos de la cuenta viable de microorganismos del lodo residual
crudo fueron de 6.2X106 UFC/g, estos valores muestran una alta actividad
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microbiana. Los resultados de coliformes totales fue de 1X108 NMP/g y de
coliformes fecales se obtuvo 2X106 NMP/g. Este valor, rebasa los criterios
señalados por la NOM-004-SEMARNAT-2002 para un lodo residual crudo clase
“C” por lo tanto, restringe su uso. Los resultados del análisis microbiológico de
Salmonella fueron positivos. Los resultados de la prueba de determinación de
huevos de helmintos arrojaron resultados promedio de 71.5 HHviables ± 10.6/10g.
Lo que afirma el riesgo de salud que representan los lodos crudos sin previa
estabilización.
Caracterización fisicoquímica de los lodos sometidos a los diferentes
tratamientos
Los valores de pH se encuentran en el rango de 6.59 a 6.21, lo que los clasifica
como ligeramente ácidos (Ortiz-Hernández et al. 1993a). Se observó una ligera
disminución en aquellos con material orgánico. Al aplicar un análisis de varianza,
se demostró que entre los diferentes tratamientos existen diferencias estadísticas
significativas (F= 15.91, P= 0.002). Por lo tanto, se aplicó una prueba de Tukey, la
cual indicó que los tratamientos 1 y 2 son semejantes; sin embargo,
estadísticamente son diferentes a los tratamientos 3 y 4 (Tabla V).
La conductividad eléctrica, presentó valores en un rango de 2.93 a 4.25 mS/cm en
los diferentes tratamientos experimentales con lodo residual, estos se encuentran
de acuerdo a los criterios establecidos por Sánchez-Salinas (1997) en las
categorías de ligeramente salino (2-4 mS/cm) a moderadamente salinos (4-8
mS/cm) (Tabla V). El análisis de varianza mostró que sí existen diferencias
estadísticas significativas entre los diferentes tratamientos del experimento
desarrollado (F= 5.59, P=0.0124). Se aplicó la prueba de Tukey en donde agrupó
a los tratamientos de la siguiente manera: 1 y 2 son semejantes, pero diferentes
de los tratamientos 3 y 4. Este comportamiento puede ser el resultado de la
incorporación de residuos orgánicos y composta a los tratamientos 3 y 4. Los
materiales empleados en la elaboración de la composta y la materia vegetal,
pueden llegar a contener valores en la categoría de altamente salinos (Tabla V).
Los valores promedio obtenidos de materia orgánica para los diferentes
tratamientos varían en un rango de 17.48 a 21.70%. De acuerdo a los criterios de
Ortiz-Hernández (1994), se consideran los valores de materia orgánica de los
diferentes tratamientos como sustratos extremadamente ricos. El análisis de
varianza muestra que no hay diferencias estadísticas significativas (F= 0.41, P=
0.75) (Tabla V).
El nitrógeno orgánico representa el 86.60% del nitrógeno total, por lo que el
13.40% corresponde al nitrógeno inorgánico. Para el caso del T2, el nitrógeno
orgánico representa el 76.90% del total, mientras que el inorgánico el 23.10%. Por
su parte, el T3 (86.20% del total y sólo el 13.80% de nitrógeno inorgánico). Por
último, para T4 el nitrógeno orgánico representa 87.90% del nitrógeno total y el
nitrógeno inorgánico corresponde a 12.10% del total. El análisis de varianza,
indica que no hay diferencias estadísticas significativas (F= 0.88, P= 0.47). Para el
7
caso de nitrógeno orgánico, el mismo análisis demostró que no hubo diferencias
estadísticas (F= 0.33, P= 0.80) (Tabla V).
Los tratamientos donde se mezclaron lodo residual con composta y materia
vegetal (T3 y T4 respectivamente) presentaron un incremento en el contenido de
potasio, no obstante, se sugiere que los responsables de este suceso, son las
características de los residuos orgánicos incorporados a los sistemas
experimentales involucrados y al tratamiento de lombricompostaje al que fueron
sometidos. Los resultados, fueron sometidos a una prueba estadística de análisis
de varianza, los que demuestran que no hay diferencias estadísticas significativas,
(F= 3.23, P= 0.06) (Tabla V).
Para el caso del lodo residual control (T1) se obtuvo un valor de 21.40 ppm de
fósforo disponible (0.54% del fósforo total). Los resultados promedio de fósforo
disponible del lodo residual con lombrices (T2) fueron de 36.60 ppm (1.14% del
total); para el tratamiento de lodo residual mezclado con composta y lombrices
(T3) de 29.14 ppm (0.90% del contenido total) y finalmente la mezcla de lodo,
materia vegetal y lombrices (T4) presentó una concentración de 30.15 ppm, que
corresponde al 1.11% del fósforo total. El análisis de varianza, indica que no hay
diferencias estadísticas significativas, tanto para fósforo disponible (F= 0.74, P=
0.54) como para fósforo total (F= 1.09, P= 0.39) (Tabla V).
Tabla V. Resultados de los promedios de los análisis fisicoquímicos realizados a
los diferentes tratamientos y lodo crudo.
TRATAMIENTOS
T1
LODO
RESIDUAL
CONTROL
T2
LODO
RESIDUAL + 50
LOMBRICES
T3
LODO
RESIDUAL + 50
LOMBRICES +
COMPOSTA
PARÁMETRO
LODO
CRUDO
pH
Conductividad eléctrica
(mS/cm)
% Materia orgánica
% Nitrógeno total
% Nitrógeno orgánico
Fósforo total (ppm)
Fósforo disponible (ppm)
Potasio (ppm)
6.82
1.32
6.59
2.93
6.67
3.41
6.30
4.15
T4
LODO
RESIDUAL + 50
LOMBRICES +
MATERIA
VEGETAL
FRESCA
6.21
4.25
25.02
1.61
1.43
3,210.52
19.68
1.77
19.44
1.57
1.36
3,868.41
21.40
1.12
18.31
1.43
1.10
3,144.73
36.60
1.18
21.70
1.45
1.25
3,210.52
29.14
2.14
17.48
1.33
1.17
2684.20
30.15
2.25
Caracterización microbiológica de los diferentes tratamientos
Los resultados del análisis microbiológico de cuenta viable para los diferentes
tratamientos experimentales fueron similares entre T1 y T2, estos resultados son
lógicos debido a que sus condiciones experimentales son las mismas. Sin
embargo, para el caso del T3, se manifestó un incremento al igual que en el T4,
aunque no en la misma proporción. Estos resultados fueron sometidos a un
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análisis de varianza el cual demostró que no hay diferencias estadísticas
significativas (F= 2.53, P= 0.13). Se sugiere que es el resultado de la actividad
degradadora de las lombrices frente a la materia orgánica. Además de las
condiciones físicas como temperatura, humedad, pH que fueron favorables para el
incremento de la actividad microbiana (Alexander 1980).
Salmonella spp. Los resultados de esta prueba fueron positivos en todos los
tratamientos experimentales. La presencia de estos microorganismos representa
un riesgo de salud humana si su utilización se hace sin control. Ortiz- Hernández
et al. (1995) mencionan que este microorganismo puede ser destruido tan sólo en
5 días a una temperatura constante de 40°C. En el presente trabajo se
mantuvieron condiciones de temperatura promedio de 22.8.
Coliformes totales y fecales. En cuanto a la prueba de coliformes totales, los
resultados obtenidos se encuentran dentro del rango de 3.20x108 a
1.17x107NMP/g. Sin embargo, los resultados de la prueba confirmativa de
coliformes fecales para el T1 y T2 fueron 1.03x104 y 5.67x103, respectivamente.
Por otro lado, los resultados observados para los tratamientos T3 y T4, mostraron
la eliminación total de coliformes fecales. Demostrando así que el
lombricompostaje de lodos crudos es eficiente en la eliminación de
microorganismos patógenos. El análisis de varianza tanto para coliformes totales
como para fecales indicó que no hay diferencias estadísticas significativas (F=
1.49, P= 0.28) y (F= 1.38, P= 0.31), respectivamente.
Huevos de Helmintos. Del análisis parasitológico de los diferentes tratamientos
experimentales se obtuvo: En los tratamientos 1 y 2 se observaron 51 HH
viables/10g y 61.5 HH viables/10g promedio, respectivamente. Para el tratamiento
3 se observó la reducción de huevos de helmintos (26.5 HH viables/10g), y lo
mismo sucedió con el tratamiento 4 (25 HH viables/10g). Se sugiere que la mezcla
de materia vegetal fresca y composta propiciaron mejores condiciones para la
reducción de parásitos. Chiarpenello (2004) menciona que en condiciones
ambientales de temperaturas menores de 13°C, la acción directa del sol y la
desecación destruyen a las larvas. El análisis de varianza demostró que sí hay
diferencias estadísticas significativas (F= 192.49, P= < 0.0001).
CONCLUSIONES
1. Los resultados fisicoquímicos obtenidos del análisis del lodo residual crudo
revelan un alto potencial como fertilizante orgánico, sin embargo, los valores de
los coliformes fecales los clasifica como un sustrato C, esto los restringe sólo
para uso con fines forestales de acuerdo a la NOM-004-SEMARNAT-2002.
2. El porcentaje de materia orgánica y los resultados de los macronutrimentos de
los sustratos obtenidos de los diferentes tratamientos, demuestran su alto
potencial como fertilizantes.
3. Los resultados de cuenta viable de microorganismos manifestaron un
importante incremento de UFC/g en los tratamientos donde se mezclaron los
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lodos residuales con composta y materia vegetal fresca, demostrando así la
estimulación de las lombrices inoculadas en la actividad microbiana.
4. Los tratamientos (T3 y T4) que mostraron resultados de incremento
significativo en la población de lombrices, fueron los más eficientes en la
remoción de huevos de helmintos y coliformes fecales, sin embargo no
consiguieron la eliminación de Salmonella. De acuerdo con la NOM-004SEMARNAT-2002 presentan restricciones en su utilización y con potenciales
daños a la salud humana.
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